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摘 要

LED被誉为人类照明的第四次革命，它在人们工作与生活的各个方面都有着广泛的应用。它在现代社会中担当着越来越重要的地位，并且有希望成为未来的主要光源之一。本文首先对LED的结构、发光原理、分类、特性和国内外研究现状进行了介绍；然后通过实验研究了LED发光强度随空间角位置分布情况，通过分析其光强在空间角分布的特点，探讨它的适用场景，分析它相对于其他常见光源的优势与不足。以及如何调整LED的设计与使用方法，来提高它的使用效率，为LED的设计与使用方法提供一些现实可行的参考。最后，我们对LED的未来及其发展前景进行展望。

关键词： LED 光强分布 特点 未来展望

The measurement of spatial angular distribution of LED emission intensity

ABSTRACT

LED is praised as the forth revolution of human illumination and it has been widely used in many aspects of our daily life. As it has become more and more important in the modern society, there is high possibility that it will become one of the most common light sources in the future. First, structure，principle，classification，properties, and current state of research on LED are introduced in this paper. Then we expound the measurement of spatial angular distribution of LED emission intensity. Also we indicate the applications of LED and compare it with other common light sources. Finally, we will offer some feasible advice on the design and usage of LED to help improve the efficiency of LED and look into the future of LED.

Key words: LED; Intensity distribution; Properties; Future prospect

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 1

1.1 选题背景与依据 1

1.2 光度学相关基本原理 1

1.2.1 发光强度 1

1.2.2 光照度 1

1.3 发光强度的测量方法 2

1.3.1 目视光度法 2

1.3.2 物理光度法 2

1.4 LED相关光学参数 2

1.4.1 光轴 2

1.4.2 半强度角 2

1.4.3 偏差角 3

1.4.4 光束扩散角 3

1.5 LED的结构及制作工艺 3

1.5.1 晶片 3

1.5.2 支架 4

1.5.3 银胶 4

1.5.4 金线 4

1.5.5 环氧树脂 4

1.6 LED的发光原理 4

1.7 LED的分类 5

1.7.1 按发光颜色分类 5

1.7.2 按发光强度分类 5

1.7.3 按封装方式分类 5

1.7.4 按发光管出光面的特征分类 6

1.8 LED的特性及应用 6

1.6 LED与传统光源的区别 7

1.7 LED的研究现状及其前景 7

第二章 实验 9

2.1 实验目的 9

2.2 实验仪器 9

2.3 实验前需要注意的问题 9

2.4 实验方案 11

2.5 实验数据 12

第三章 总结与展望 20

3.1 实验结论 20

3.2 结论分析 20

3.3 结论应用及参考 21

3.4试验不足与改进 22

3.5 总结 22

参考文献 23

致谢 24

引言

1.1 选题背景与依据

LED光源如今已经被广泛应用于照明领域和信息技术领域，并且有希望成为未来最主要的光源之一^[1]。过去常见的LED大多只有红、黄、绿色，而且基本只能作为产品的指示灯。然而随着光电材料与器件的迅速发展，LED展现出了惊人的潜力，LED正向着高亮度和多色彩发展^[2]，它的应用领域也不断的拓展。在显示屏和照明灯具上，LED展现出了出众的性能。而LED作为一个新型的高科技产业，发展十分迅猛，因此对LED的光度测量也成为了一个有研究价值的问题。而获得LED光强的空间角分布特性，不仅能帮我们更高效的利用LED，更能对LED的设计和LED灯具的设计提供适当的参考。因此，本文把LED发光强度空间角分布的测量作为研究的主要内容。

1.2 光度学相关基本原理

1.2.1 发光强度

发光强度（Luminous intensity）表征的是光源在某个指定方向上的一个很小的立体角元内所包含的光通量与该立体角元的比值。发光强度的单位是坎德拉（Candela），简写为cd。

1.2.2 光照度

光照度（illuminance）指的是在接收光的平面上某一点处的光通量与该处面积元面积的比值。其单位是勒克斯（lux），符号是lx。

1.3 发光强度的测量方法

光源的发光强度不能直接测量出来，而是需要测量出光源在一定距离下的照度，再根据光源的距离平方反比定律计算而得。^[3]通常所用的测量方法有目视光度法和物理光度法。

1.3.1 目视光度法

目视光度法包括直接比较法和代替法两种，前者是在光滑导轨上把被测光源与标准光源进行对比，而后者则是通过增加一只发光强度相对稳定的比较灯进行对比中介，从而减小误差。

1.3.2 物理光度法

目视光度法采用人眼来作为评判光源与标准光源的依据，因此存在个体差异大以及主观因素的干扰。而采用物理光度法则使用相关仪器进行客观评判，消除了人眼的干扰，因此它也被称为客观光度法。将目视光度法中的人眼换成仪器即可，它包含固定距离法和等照度法等方法。

1.4 LED相关光学参数

1.4.1 光轴

LED的光轴（optical axis）是指LED最大辐射强度方向的中心线。

1.4.2 半强度角

LED的半强度角（half-intensity angle）是指在辐射强度分布中两条辐射值为最大辐射强度一半的光线所构成角度。

1.4.3 偏差角

LED的偏差角（misalignment angle）表示的是辐射强度最大的方向与LED光轴的方向的夹角。

1.4.4 光束扩散角

光束扩散角（spread angle of light beam）指的是最大光强所处的平面上光线强度为最大光强10％的光线间的夹角。

1.5 LED的结构及制作工艺

LED的结构中包括了五大原物料，其中包括晶片，支架，银胶，金线，环氧树脂，在上述这些部件中LED晶片是最不可缺少的部件。图1为LED的结构。

图1 LED结构示意图

1.5.1 晶片

晶片的组成包括了金垫，P极和N极，PN结以及背金层。晶片是由P层半导体元素，N层半导体元素靠电子移动而重新排列组合成的PN结合体。^[4]晶片的这种变化也使得他能够维持在一个相对稳定的状态。当在晶片上施加一定的正向电压时，P区的空穴和N区的电子分别向N区和P区不断的移动，在两者相对移动时，电子与空穴结成队，光子由此激发，产生了光能，发出各种波长的光线，并且发出光强的大小与施加的电流值有关。

1.5.2 支架

支架的结构分为四层，依次为铁；镀铜：导电性好，散热能力强；镀镍：抗氧化；镀银：反光性强，易于焊接。

1.5.3 银胶

银胶由银粉，环氧树脂和稀释剂组成。它的作用是导通和粘合，一般在零下40度储藏。

1.5.4 金线

LED使用的金线中较为常见的尺寸有φ1.0mil、 φ1.2mil， 并且一般而言它们的含金量都为99.9％。金线因其含金量高，易于形变，导电性和散热性优秀的特点，使晶片和支架形成闭合回路。

1.5.5 环氧树脂

环氧树脂由A、B两份试剂组成，其中A胶是主要试剂，由环氧树脂 消泡剂 耐热剂 稀释剂组成；B剂为固化剂，它的主要成分为酸酣 离模剂 促进剂。

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